随着化石燃料的过度消耗和枯竭,新能源存储技术的开发得到了极大地关注。锂离子电池作为重要的储能设备,由于其能量密度高、自放电低和循环性能稳定好等优点,目前已经广泛应用在航空航天、电动汽车及便携式电子产品等领域。然而,随着人类对生活品质的要求逐渐提高,锂离子电池已经不能满足人类对新能源汽车续航里程及能量密度的高需求。因此,开发高性价比、高能量密度、长循环寿命以及更加安全的新型电池体系显得十分迫切。锂硫电池（Li-S）中硫的价格低廉、储量丰富及环境友好,且具有高的理论比容量(1675 mAh g^-1)和理论比能量(2600 Wh g^-1),使其成为最具潜力的下一代动力电池。但是,目前尚未实际应用的Li-S电池体系存在硫单质及产物Li₂S的导电性差、中间体多硫化锂的穿梭效应、体积膨胀及负极锂枝晶引起的安全隐患等问题亟待解决。多硫化锂的穿梭效应是造成Li-S电池容量衰减的关键因素。为了解决穿梭效应难题,研究者们分别从正极材料的设计,负极锂的保护,新型电解质的设计以及新型电池结构设计等方面展开研究。针对多硫化锂中间体极易脱离阴极,溶解于醚类电解液,进而穿梭在正负极之间,造成活性硫的利用率低,设计合成物理/化学固硫材料、电催化材料,利用其物理限域、化学吸附及催化转化的作用,能够有效缓解多硫化锂的穿梭行为。特别是对多硫化锂具有电催化效应的电催化材料,相比于单纯的物理限域和化学吸附,其兼具化学吸附能力以及电催化转化作用,能够同步实现多硫化锂的强劲化学吸附和快速催化转化,有效提升放电反应的动力学,阻止多硫化锂溶液的扩散迁移。另外,通过电催化材料功能化隔膜构建锂硫电池新体系,能够为多硫化锂的穿梭行为提供物理屏障,进而加强抑制其穿梭效应。利用电催化材料功能化隔膜的策略,具有更容易实现规模化生产,以及原位监测电催化材料在Li-S电池反应中的催化行为,阐明催化机理的优势。锂硫电池用的电催化材料主要有三类:杂原子掺杂碳、单金属金属以及过渡金属化合物。相比于前两者,过渡金属化合物具有合成技术简易、结构易调控、成本低的优点。其中,钴基电催化材料最早被发现对多硫化锂的转化具有优良的电催化活性。鉴于钴基电催化材料CoX与多硫化锂Li₂S_n^x-通过路易斯酸碱作用,形成“Co²⁺―Sn^x-”键,实现多硫化锂的化学吸附,通过阳离子调控和阴离子调控,进而调控钴离子的极性和材料的表面电子结构,最终达到增强化学吸附,提升多硫化锂催化转化的目的。本论文针对Li-S电池的穿梭效应,利用P-Co₃O₄/NCNT和钴铁双金属硫化物功能化隔膜,构建“石墨烯/硫|功能化隔膜|电解液|锂”电池体系。通过阴、阳离子调控钴基催化材料的多硫化锂吸附性能,以及电池极化、电化学反应速率、锂离子扩散速率等电化学动力学,进而提升锂硫电池的电化学性能。具体研究主要分为以下三个部分:（1）通过磷阴离子调控Co₃O₄的表面结构,提升其对多硫化锂的催化转化能力,提升电池反应动力学和电化学性能。通过聚苯胺修饰CNT、Co₃O₄的高温原位生长,以及磷化处理,获得了P-Co₃O₄/NCNT电催化材料。探究碳化温度、磷掺杂对材料组成、形貌及表面微区的影响。P-Co₃O₄/NCNT复合材料比金属Co/NCNT和Co₃O₄/NCNT具有更强的吸附作用,具有优越的固硫的作用。材料表面形成Co-O-P键,改变了Co₃O₄表面的电子结构,增强了钴离子的极性,电池极化减小、电化学反应电阻降低且锂离子扩散速率得到显著提升。同时,P-Co₃O₄/NCNT功能化隔膜组装的Li-S电池中,在1 C倍率下表现出优异的电化学性能。（2）通过溶剂热法,以碳纸为载体,制备获得钴铁双金属硫化物（CFS）和CFS/CP,探究合成因素,确认最优合成条件。以CoCl₂·6H₂O为钴源,FeCl₂·6H₂O为铁源,探究了溶剂、硫源、钴铁比以及金属离子浓度对CFS和CFS/CP的影响。结果表明,当采用乙醇和水为1:1的混合溶剂,Co:Fe为2:1时,硫源为五水合硫代硫酸钠,钴离子浓度为0.5 mM时,获得的具有黄铁矿结构,六边形纳米片状的CFS-2。多硫化锂吸附实验证明,相比于其它钴铁比例的材料,CFS-2具有单一物相结构,其对多硫化锂的化学吸附性最强。（3）通过考察CFS-2/CP的表面组成和微区结构,对比CFS-2/CP和FeS₂/CP功能化隔膜的多硫化锂转化动力学和电化学性能。结果表明,钴铁双金属硫化物中钴离子的引入跟能够降低电化学反应电阻,提升多硫化锂转化动力学。CFS-2/CP在0.2 C倍率下的首次放电比容量为1126.5 mAh g^-1,经历400次循环后比容量依旧高达629.9 mAh g^-1,平均每圈容量衰减率为0.11%,表现出优异的循环性能。